[发明专利]一种移动机器人在核事故复杂环境中的自主导航方法

说明书

本发明公开了一种移动机器人在核事故复杂环境中的自主导航方法，涉及核工程与核技术领域，该方法包括如下步骤：对辐射场分布地图进行处理，进行栅格化，得到辐射代价地图；对环境点云地图进行处理，投影成灰度图像，处理获得图像梯度，得到坡度代价地图；将辐射代价地图与坡度代价地图叠加，得到多层代价地图；根据环境点云地图以及当前雷达数据，利用Scan Context算法进行定位，获得机器人在环境中的位置；根据多层代价地图和定位信息，使用改进A*算法规划合理路径，使机器人到达目标位置。本发明可以在核事故复杂环境下同时考虑多种因素，为机器人规划安全高效的路径，实现安全可靠的自主导航。

技术领域

本发明涉及核工程与核技术领域，尤其涉及一种移动机器人在核事故复杂环境中的自主导航方法。

背景技术

随着核工业的快速发展和核电技术的广泛运用，人们对于核辐射的安全保障需求日益迫切。在核电站日常的运作中，工作人员不可避免地会受到辐射的影响，危及人身安全。近几十年来，机器人技术的日益发展使得机器人完成辐射环境下的工作成为可能。现阶段研发的核环境机器人多为移动式遥控机器人，但是在很多应急处置的情况下，遥控操作会比较困难。这对机器人在辐射环境中进行安全自主的导航提出了新的需求。

首先，强辐射环境会导致传感器中电子元件的失灵，使得机器人迷失在辐射环境中。但由于技术和成本的限制，机器人的抗辐射设计仍无法做到能够无视辐射剂量。这要求机器人在自主导航时需要尽可能地避免辐射。其次，在发生事故的环境中可能会出现类似于倒塌的墙面之类的障碍物，在地面上构成斜坡。现阶段移动机器人导航一般使用二维地图，会将这类障碍归为不可通行的区域。但实际上应急机器人都会具有一定的爬坡能力，可以通过坡度较小的障碍。如果不考虑坡度影响，可能会导致路径规划失败。

申请号为202010416736.2的专利公开了一种核辐射环境的救灾机器人，其中包含了一种路径规划系统，可以通过对所述辐射信号和环境信号的分析规划出所述机器人本体的行进路线。预设了辐射信号阈值，目标距离阈值和与所述障碍物之间的距离阈值，通过与预设阈值比较来选择继续前进或者重新规划。

虽然在上述专利公开的技术方案中提出了机器人的自运行控制方法，但不够可靠，不适用于复杂的核事故环境。既无法准确识别环境的可通行性，也不能估计路径的整体代价。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种移动机器人在核事故复杂环境中的自主导航方法，同时考虑复杂环境下的多种因素，为机器人规划安全高效的路径。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何准确地描述环境的辐射特征和物理可通行性特征，并综合考虑路径长短、辐射剂量和路面坡度，在复杂环境下为机器人规划出最合适的路径。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动机器人在核事故复杂环境中的自主导航方法，包括如下步骤：

步骤1、对辐射场分布地图进行处理，进行栅格化，得到辐射代价地图；

步骤2、对环境点云地图进行处理，投影成灰度图像，处理获得图像梯度，得到坡度代价地图；

步骤3、将辐射代价地图与坡度代价地图叠加，得到多层代价地图；

步骤4、根据环境点云地图以及当前雷达数据，利用Scan Context算法进行定位，获得机器人在环境中的定位信息；

步骤5、根据多层代价地图和定位信息，使用改进A*算法规划合理路径，使机器人到达目标位置。

进一步地，辐射代价地图包括辐射警戒代价地图和辐射剂量代价地图，坡度代价地图包括坡度警戒代价地图和坡度移动代价地图。

进一步地，步骤1中，辐射场分布地图处理过程具体包括如下步骤：

步骤1.1、选取合适的栅格大小；